Layka 3 Kasım 1957'de Sputnik 2 ile uzaya gönderildi. Sputnik 2'nin Dünya'ya dönüş mekanizması yoktu, bu nedenle Layka'nın uzayda öleceği belliydi. Ancak ne şekilde öldüğü uzun süre bilinmedi. Sovyet yetkilileri, köpeğin oksijensizlikten öldüğünü veya zehirli gıda ile öldürüldüğünü söyledi. SSCB'nin yıkılmasından sonra açıklanan belgelerle, Layka'nın aşırı sıcak ve stresten öldüğü ortaya çıktı. Sputnik 2, güneş ışınlarının uzaydaki yakıcı etkisine göre tasarlanmamıştı, yaşam destek birimi de çok ilkeldi. Sovyetlerin uzay aracını bu denli hazırlıksız göndermelerinin nedeni, Uzay Yarışı'nın ilk döneminde mümkün olduğu kadar hızla yeni başarılar elde etmekti. Ayrıca Kruşçev, Sputnik 2'nin Bolşevik Devrimi'nin 40. yıldönümüne yetişmesini istiyordu. Sputnik 2, dört hafta gibi kısa sürede geliştirildi.

Layka, uçuş öncesinde özel bir "eğitim"e tabi tutuldu. Gitgide daha küçük kafeslerde bakıldı, merkezkaç sınamalarından geçirildi, roket motorlarının gürültüsü dinletildi, sıvı yiyeceklerle beslendi. Bu eğitimlerin amacı, köpeğin uzayaracındaki koşullara alışmasıydı.

Layka uçuştan üç gün önce (31 Ekim'de) kapsüle yerleştirildi. Uzayaracının fırlatılacağı yer, Kazakistan'daki Baykonur Uzay Üssü, Ekim-Kasım aylarında çok soğuk olduğundan uzay kabinini sıcak tutmak için ısıtıcı bir sistem bağlanmıştı. İki görevli, Layka'nın durumunu sürekli takip etmekle görevliydi. 3 Kasım 1957'de, uçuştan hemen önce köpeğin tüyleri hafif bir alkol solüsyonuyla nemlendirildi ve hayati işlevlerini takip edecek algılayıcılar takıldı.

Uzay kabininde köpeğin yatması ve oturması için yeterli alan vardı. Hava tazeleme sistemi sürekli oksijen sağlıyordu. Soğutma amaçlı basit bir vantilatör, kabin sıcaklığı 15° santigradı aştığında devreye giriyordu. Yiyecek, suyla birlikte sıvı halde temin ediliyordu. Layka bir koşum takımıyla bağlanmıştı.

Algılayıcılar fırlatmadan sonra köpeğin nabzının dinlenme seviyesinin üç katına fırladığını tespit ettiler. Yörüngeye oturduktan sonra nabız hızı düştü, ancak düşüş, strese işaret edecek şekilde, yer testlerindekinden üç kat daha uzun sürdü. Layka'nın uzaya çıktıktan 5 ila 7 saat sonra aşırı sıcak ve stresten öldüğü, projeye katılan bir bilimadamı olan Dr. Dimitri Malaşenkov'un açıklamasıyla 2002 yılında ortaya çıkmıştır.